年產(chǎn)萬噸小合成氨廠中溫變換工段工藝設(shè)計-在線瀏覽
2024-09-16 00:27本頁面
【正文】 了煤氣的精制過程。從小氮肥生產(chǎn)的發(fā)展趨勢來看，發(fā)展方向是回收能量，另一方面是研究新型催化劑。變換率的實現(xiàn)是通過中溫變換實現(xiàn)的，能量回收是利用第二熱水塔，飽和熱水塔等設(shè)備回收能量。變換反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度可促使反應(yīng)平衡向左方移動，降溫則向右移。變換反應(yīng)使等分子反應(yīng)，因此從反應(yīng)平衡看，提高變換壓力，對反應(yīng)平衡沒有影響。從反應(yīng)動力學(xué)來看，提高變換壓力使得分子間的有效碰撞次數(shù)增加，可以加快變換反應(yīng)速度，提高催化劑的生產(chǎn)能力。由固體原料間歇制氣制得的半水煤氣中含有CO（%），CO并不是合成氨生產(chǎn)的原料氣反而會使合成氨觸媒中毒。工業(yè)生產(chǎn)上采用在觸媒作用下，用水蒸氣與CO作用，大部分CO轉(zhuǎn)化為CO2，同時獲得合成氨所必須的氫氣。② 反應(yīng)為一放熱反應(yīng)：降溫時反應(yīng)向右移動，有利于CO變換，但觸媒只有在一定溫度下才具有較高的活性，所以，一般操作溫度都是根據(jù)觸媒活性溫度的不同而不同。提高水蒸氣比例，含濕原料氣中CO含量下降，催化劑床層的溫升將減少，所以，改變水蒸氣的用量濕調(diào)節(jié)床層溫度的有效手段。同時，蒸汽用量過多，會使?fàn)t溫不好控制而且不經(jīng)濟(jì)，所以要有適當(dāng)?shù)恼羝?，中變操作時適宜的水蒸氣比例一般為：H2O/CO=3～5。然后在混合器中與一定比例的300～350℃過熱蒸汽混合，25%～30%的氣體不經(jīng)熱交換器，作為冷激氣體。進(jìn)第一段催化反應(yīng)后溫度升高到460～500℃，冷激后依次通過二、三段，氣體離開變換爐的溫度為400～410℃，CO變換率達(dá)90%，殘余CO含量為3%左右。為了進(jìn)一步回收余熱，氣體進(jìn)入第二熱水加熱器（即鍋爐給水預(yù)熱器），溫度降到70～80℃，最后經(jīng)冷凝塔冷卻到常溫返回壓縮機(jī)加壓。 中溫變換爐物料及熱量計算(1) 干變換氣量及變換率的計算設(shè)氧與氫在變換爐一段催化劑內(nèi)完全燃燒生成水，由知，實際參加CO變換反應(yīng)的半水煤氣量為① 則實際參加CO反應(yīng)的半水煤組分（干）為組分CO2COH2N2CH4O2合計214510725133655940330032505則CO總變換率為:變換氣中CO含量為 ② 則變換氣組分（干）為組分CO2COH2N2CH4O2合計(2) 總蒸汽比計算以的干半水煤氣為計算基準(zhǔn)，設(shè)中溫變換爐出口變換氣溫度為415℃，平衡溫距取25℃，則℃CO變換反應(yīng)式為： 則CO反應(yīng)量 查手冊[1]，知440℃時 則總需要的蒸汽量為(3) 中變爐一段催化劑層物料及熱量計算a. 一段平衡轉(zhuǎn)化率 帶入數(shù)據(jù)求得b. 入爐蒸汽比（汽/氣）計算由上面求得CO在一段催化劑層轉(zhuǎn)化率，70%的半水煤氣進(jìn)入一段催化劑層，30%的半水煤氣作為一段出口氣的冷激氣。CO反應(yīng)熱O2燃燒熱合計② 出熱氣體溫升吸熱設(shè)氣體溫升為Δt，氣體在平均溫度403℃下查資料[2]圖461～圖468計算得到平均摩爾熱容為 熱損失設(shè)合計熱平衡： ∴℃氣體出口溫度為t = 320 + 165 = 485℃與前面所假設(shè)溫度一致。f. 最適宜溫度曲線計算最適宜溫度曲線由下式作出以B109催化劑的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算?！妫├浼獾臐駳饨M成組分CO2COH2N2CH4O2H2O合計出一段氣經(jīng)原料氣冷激后濕氣組成組分CO2COH2N2CH4O2H2O合計則氣體降溫放出的熱量為kJ設(shè)噴淋水的溫度為61℃則查出水在2 則需要的噴淋水量為a. 入二段中變爐濕氣組成組分CO2COH2N2CH4O2H2O合計則入二段爐蒸汽比(汽／氣)b. 二段平衡轉(zhuǎn)化率二段平均反應(yīng)平衡溫度為（370+430）/2=400℃，在此溫度下查資料[2]得由求得則CO反應(yīng)量為則CO反應(yīng)總量為則二段反應(yīng)需要的蒸汽量為c. 出二段催化劑層氣體組成① 出二段催化劑層干氣組成假設(shè)二段中O2和H2完全反應(yīng)組分CO2COH2N2CH4合計② 出二段催化劑層濕氣組成組分CO2COH2N2CH4H2O合計d. 熱量計算計算CO變換反應(yīng)氣體溫升① 入熱CO反應(yīng)放熱Q1設(shè)氣體由370℃升至430℃，反應(yīng)取平衡溫度400℃時的熱效應(yīng)，查資料[2]圖421的反應(yīng)熱效應(yīng)。e. 二段催化劑平衡曲線計算根據(jù)中變爐二段入口中蒸汽比（汽/氣），由式 計算各溫度下的平衡變換率列于下表/℃370380390400410420430式中由資料[2]查的，用表中數(shù)據(jù)作圖即得平衡曲線（），氣體組分及蒸汽比不同時，則計算的平衡變換率亦不相同。由于B109催化劑CO變換的逆反應(yīng)活化能為：對于變換反應(yīng)r=1，則為反應(yīng)熱，取其平均溫度403℃下的值，即 由上面數(shù)據(jù)作得最適宜溫度曲線（）。CO反應(yīng)熱② 出熱氣體溫升吸熱設(shè)氣體溫升為Δt，氣體在平均溫度408℃下查資料[2]圖461～圖468計算得到平均摩爾熱容為 熱損失設(shè)合計熱平衡： ∴℃氣體出口溫度為t=400+15=415℃與前面所假設(shè)溫度一致。f. 最適宜溫度曲線計算最適宜溫度曲線由下式作出以B109催化劑的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。g. 操作線計算由三段催化劑變化率及熱平衡計算結(jié)果知三段入口氣體溫度400℃三段出口氣體溫度415℃%%由此可作出一段催化劑反應(yīng)的操作線（）。 中溫變換爐計算已知條件：平均操作壓力2MPa一段氣體進(jìn)口溫度320℃一段出口溫度485℃二段進(jìn)口溫度370℃二段出口溫度430℃三段進(jìn)口溫度400℃三段出口溫度415℃一段進(jìn)口氣流量（干）出一段催化劑濕氣量進(jìn)一段催化劑氣體成分（干）組分CO2COH2N2CH4O2合計V/%181100%；一段入
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